今年も夏が近づいてきました。電気を安定してお届けできる供給予備率の目安は8%。西日本では、周波数変換設備を通して電力の融通を行わないと最低限必要な供給予備率である3%を切る見通しの電力会社があります。
東日本の50ヘルツ（Hz）、西日本の60ヘルツ（Hz）、周波数を変えることで電力会社の垣根を越えて電力を融通する。今回は、周波数変換設備を持つ東清水変電所にスポットを当てつつ、周波数を変換するしくみと変換能力向上の歴史をご紹介します。

融通するために必要な周波数
変換設備

2014年夏。中部電力では、上越火力発電所2-2号の営業運転開始や高経年火力の運転継続などにより、中部地域に電気を安定してお届けできる供給力を確保したうえで、他の電力会社から要請があれば電力を融通します。
日本の電気の周波数は、富士川と糸魚川あたりを境に東日本は50Hz、西日本は60Hzと異なりますが、周波数を変換することで電力の融通が可能となります。
中部電力から西日本に電力を融通する場合は同じ周波数のため、周波数変換設備は必要ありませんが、異なる周波数間で融通する場合、つまり、東西をまたいで電力を融通する場合は、周波数変換設備が必要です。

世界における50Hz/60Hzの分布

日本における50Hz/60Hzの分布

・日本の電気には、東日本の50Hz、西日本の60Hzと、2つの周波数があります。
・東日本、西日本間で電力を融通するには、周波数変換が必要で、周波数変換設備を利用します。

北海道から九州まで
電力ネットワーク形成の歴史

そもそも、日本の電気にはなぜ2つの周波数があるのか、その発端は1896（明治29）年、東京と大阪で同じ時期に異なる周波数の発電機を導入したことにあります。東京ではドイツ製の50Hzの発電機、大阪ではアメリカ製の60Hzの発電機を導入しました。それ以降、電気が全国に普及するにしたがって、発電設備を効率的に運用するために、近隣の電力会社間や系統間でのネットワークが成長。やがて1959年には東日本の50Hz系統（東北、東京）、1960～1964年には西日本の60Hz系統（中部、北陸、関西、中国、四国、九州）がそれぞれ超高圧送電線でつながりました。
初めて50Hz系統と60Hz系統がつながったのは、1965年。30万kWの周波数変換能力を持つ佐久間周波数変換所（電源開発・静岡県）の完成によってです。その後、1979年には津軽海峡の海底に大容量直流送電線が敷設され、北海道と本州の電力系統がつながりました。1992年には、新信濃変電所（東京電力・長野県）の周波数変換設備が30万kWから60万kWに増強され、東西間で融通できる電気が90万kWに増強。2013年、30万kWの周波数変換能力を持つ東清水変電所（静岡県）の運用開始によって、現在、周波数変換能力は合計で120万kWとなっています。

日本の周波数と、交直変換設備

・現在の電力ネットワークが形成されるまで、約120年の歴史があります。
・日本初の周波数変換設備は1965年に運用を開始。それ以降、東西電力融通の強化を図ってきました。
・現在、周波数変換能力は合計で120万kWです。

東清水変電所が30万kWの
変換能力を発揮するまで

2006年、東清水変電所の周波数変換設備は、30万kWの変換能力を持ちながらも、融通可能量を10万kWと制限することで運用を開始しました。これは東清水変電所と中部電力側の変電所を新たに結ぶ送電線工事が完了せず、従来からある送電線に応急的に接続して早期運用を実現したためです。大容量の電気を無駄なく効率的に送るためには、一つの設備だけではなく連系する送変電設備の全てが条件を満たすことが必要となります。
東日本大震災後には東西の電力融通の必要性の高まりから、緊急対応として設備の調整を行うことで融通能力を13.5万kWに強化。送電線工事の工期短縮も図り、2013年、30万kWでの本格運用にこぎつけました。
周波数変換能力は日本全体で120万kWと、原子力発電所の発電機1基が発電する容量相当であり、その規模は小さく感じられるかもしれません。しかし、周波数変換設備を導入し融通能力を強化するには、それがつながる送電線をはじめとする送変電設備の増強・改修工事を、その先にある電力ネットワーク全体への影響を考慮しながら進める必要があります。

東清水変電所建設工事

東清水変電所　本格運用までの流れ

・周波数変換能力を強化するためには、送電線をはじめとする送変電設備の増強・改修工事の必要があります。

周波数の変換は「交→直→交」

周波数の変換は、電気を｢交流から直流へ」、「直流から交流へ」と変換することで可能となります。 火力、水力、原子力などの大規模な発電機でつくられた電気は、交流の電気です。60Hzの電気を50Hzにする場合、60Hzの交流の電気を周波数変換設備で直流の電気に換え、今度はその直流の電気を50Hzの交流の電気に換えます。50Hzの電気を60Hzに変換する場合はこの逆です。

周波数変換のしくみ

・周波数変換は、交流の電気を直流に変換し、それをまた交流の電気を変換することで行います。

電気には「交流」と「直流」があります。

向きと大きさが一定の周期で変化する電気。一般家庭などでよく使われている電気です。

向きと大きさが一定の電気。乾電池などによって流れる電気です。

国内の周波数変換能力の
さらなる強化

東日本大震災以降、東西の電力融通のさらなる強化が求められています。
2013年1月には、中部電力をはじめとした電力会社9社は、周波数変換能力をさらに90万kW増強し、合計容量を210万kWとすることを決定しました。現在、早期の工事着手に向けた取り組みを進めています。

・電力会社9社は周波数変換能力をさらに90万kW増強し、合計容量を210万kWとすることを決定しています。

周波数統一については、長年にわたり何回も議論されていますが、電力会社とお客さま双方の既存設備の交換が必要となり、莫大な費用が必要となることなどの問題点があります。例えば、50Hz地域を60Hzに統一しようとした場合、政府の試算によると、発電機やタービンの交換に約8.1兆円、変圧器などの交換に約1.9兆円と、電力会社の設備を交換するだけで、約10兆円が必要となります。
出典「50Hzと60Hzの周波数の統一に係る費用について」（2012年3月7日資源エネルギー庁）